JPH06294629A - 表面の曲率の測定装置 - Google Patents

表面の曲率の測定装置

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JPH06294629A
JPH06294629A JP5054319A JP5431993A JPH06294629A JP H06294629 A JPH06294629 A JP H06294629A JP 5054319 A JP5054319 A JP 5054319A JP 5431993 A JP5431993 A JP 5431993A JP H06294629 A JPH06294629 A JP H06294629A
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light beam
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  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
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  • Length-Measuring Devices Using Wave Or Particle Radiation (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 使用が便利でかつ簡単であり、かつ、レンズ
に損傷を与えることのない、レンズの曲率を測定するた
めの装置を提供する。 【構成】 表面の曲率を測定するための装置は、少なく
とも1個の電磁放射光源と、電磁放射光線の検出器装置
と、表面で反射された電磁放射光線を前記検出器装置に
焦点を結ぶように配置されかつ構成されたレンズ装置と
を有する。表面の曲率を測定するための前記装置は、前
記電磁放射光線が入射した点の出力信号特性を得るよう
に前記検出器装置が構成されることと、前記出力信号に
応答する信号処理装置が前記表面の曲率に関する指標を
供給することとを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、表面の曲率を測定する
ための装置に関する。さらに詳細にいえば、しかしそれ
に限定されるわけではないが、本発明は、レンズの曲率
を測定するための装置に関する。
【0002】
【従来の技術およびその問題点】可視スペクトル領域ま
たは非可視スペクトル領域のいずれかで用いられる光学
用レンズの曲率、またはマイクロ波用レンズの曲率は、
多くの応用において精密に定められなければならない。
したがって、曲率の測定の目的のために(例えば、製造
中において)使用することができる装置を得ることが必
要である。
【0003】この測定のためによく知られている方法
は、全体的には、2つの種類の中の一方または他方に分
類される装置を用いる。第1の種類の方法は接触法であ
り、そして第2の種類の方法は非接触法である。
【0004】接触法では、主として、球面計と呼ばれる
装置を用いる。球面計は、測定される表面の上に置かれ
たリングにより定められる平面からの、この表面の高さ
を測定する。この高さとリングの直径との間に成り立つ
関係を用いて、曲率半径を得ることができる。また別の
接触法では、検査される曲率半径に非常に近い曲率半径
を有する、検査板を使用する。この検査板が測定される
表面に接触して置かれる。この際、通常は、端部接触が
行われる。この表面を単色光で照射すると、干渉縞が現
れるであろう。この干渉縞の数は、測定される表面と検
査板との間の差を示す。けれども、これらの接触法は表
面に物理的損傷を与えることがある。
【0005】物理的損傷を与えることがない非接触法
は、通常は、好ましい方法である。よく知られている非
接触法は、内部検査球を備えた干渉計を用いる。この装
置の場合、干渉計からの単色光の収束円錐が反射されて
装置の中に戻るように、測定されるべき表面が配置され
る。このことは、2つの位置で実行される。その1つの
位置は、放射円錐が表面上に結像する時であり、そして
もう1つの位置は、その結像位置が曲率半径の中心に一
致する時である。これらの位置で干渉縞が見られ、そし
て干渉縞の数が最小である位置が、要求された位置であ
る。したがって、表面の移動する距離が、その表面の半
径である。また別の方法は、オートコリメータの使用を
必要とし、そして干渉計と同様の方法で測定が実行され
るが、しかし、干渉縞よりはむしろ結像位置の観察が行
われる。けれども、これらのよく知られた非接触法は、
実際には、かなり不便である。
【0006】
【問題点を解決するための手段】本発明の1つの目的
は、便利でかつ簡単な、レンズの曲率の測定装置を得る
ことである。
【0007】本発明に従い、表面の曲率を測定するため
の装置は、少なくとも1つの電磁放射光源と、電磁放射
光線の検出器装置と、表面で反射された電磁放射光線を
前記検出器装置に焦点を結ぶように配置されかつ構成さ
れたレンズ装置とを有し、かつ、前記電磁放射光線が入
射した点の出力信号特性を得るように前記検出器装置が
構成されることと、前記出力信号に応答する信号処理装
置が前記表面の曲率に関する指標を供給することとを特
徴とする。
【0008】前記光源はミリメートル級のマイクリ波電
磁放射器で構成されることができるが、通常は、前記光
源は光放射器で構成されるであろう。前記光放射器は好
ましくはレーザであるであろう。したがって、前記検出
器装置は、前記光放射器から放射される(可視スペクト
ル領域または非可視スペクトル領域の中の)光線に応答
するであろう。
【0009】前記装置は、前記光源から放射された光ビ
ームがそれを通って前記表面に向かって進む、ビームス
プリッタを有することができる。前記ビームスプリッタ
は、前記検出器装置と前記表面との間に配置されること
ができる。
【0010】または、前記ビームスプリッタは、前記レ
ンズ装置と前記表面との間に配置されることができる。
【0011】または、前記ビームスプリッタは、前記検
出器装置と前記レンズ装置との間に配置されることがで
きる。
【0012】前記装置は光学ベンチに取り付けられ、そ
れにより、前記装置が前記レンズ装置の光軸に事実上垂
直に移動することができる。
【0013】または、前記装置が携帯形に構成され、か
つ、信号処理装置に信号を送るように配置された付加的
光検出器を有することができる。
【0014】前記付加的光検出器は、1つの実施例に従
い、前記光源から放射されかつ別のビームスプリッタを
通って前記表面に向かって進む光ビームに応答するよう
に配置され、かつ、別の前記ビームスプリッタを通って
前記表面で反射された光が前記付加的光検出器に到達す
るように構成することができる。
【0015】けれども、また別の実施例により、前記付
加的光検出器が前記表面で反射されかつ別の光源から放
射された光ビームに応答するように配置され、かつ、別
の前記光源から放射された光ビームがまた別のビームス
プリッタを通って前記表面に向かって進みかつ前記表面
で反射されることができる。
【0016】前記装置は、光ビームが前記表面の子午面
を横断して走査する時、前記光源から放射された光ビー
ムを前記表面の上に結像するための自動結像装置を有す
る。したがって、前記表面で反射されて戻ってきた光ビ
ームが前記検出器の上に結像し、かつ、期待された位置
からの偏差が検出される。この偏差は、表面の品質の欠
陥、例えば、表面の粗さ、により生ずる。この偏差は、
後での解析のために記憶することができ、および表面の
品質を表す量として出力することができる。
【0017】前記自動結像装置は、前記レンズ装置の一
部分を構成することができる。
【0018】前記付加的検出器が「光軸上の」検出器を
有することができる。それにより、別の前記検出器に入
射する光ビームが、前記光軸に垂直であるように前記表
面から反射される時の指示が得られる。
【0019】前記検出器装置が感光素子のアレイを有す
ることができる。前記感光素子のアレイからの信号によ
り、光ビームが入射する位置の指示が得られる。
【0020】前記検出器装置が光検出器構成体を有する
ことができる。前記光検出器構成体は光ポテンシオメー
タに等価な構成体であることができる。
【0021】
【実施例】本発明の実施例が、添付図面を参照して、単
に例示として説明される。
【0022】図1において、レンズの曲率を測定する装
置は、固定された光学ベンチ1を有する。この光学ベン
チ1の上に、プラットホーム2が滑動可能に取り付けら
れる。それにより、検査されるレンズ3に対してプラッ
トホーム2が移動することができる。レーザ光源4がプ
ラットホーム2に取り付けられる。レーザ光源4は、光
ビーム5をビーム・スプリッタ6に向けて放射する。レ
ーザ光源4から放射された光ビーム5はビーム・スプリ
ッタ6で反射され、そして変換レンズ7を通って、レン
ズ3の外側表面10の上の点9に焦点を結ぶ。点9で反
射された光ビームが、光ビーム11である。光ビーム1
1は、変換レンズ7を通って、細長い検出器12の上に
焦点を結ぶ。検出器12は、フォトダイオード・アレイ
で構成される。光ビーム11は検出器12の上の点y1
に入射し、そして、光ビーム11が検出器12の上の入
射した点y1を指示する信号を、出力線路13に生ず
る。プラットホーム2が図1に示された位置にある場
合、レンズ3の後側表面14の上の点15でもまた反射
され、それにより、光ビーム16が生ずる。光ビーム1
6は、変換レンズ7を通って、検出器12の上の点y2
に焦点を結ぶ。
【0023】プラットホーム2が矢印17の方向に移動
する時、点y1および点y2は相互に近づくように移動
し、光ビーム5がレンズ光軸18に一致する時、点y1
および点y2は一致する。
【0024】プラットホームが光軸から移動した距離を
測定することにより、および光ビーム11または光ビー
ム16がこの光軸となす角度を決定することにより、も
し曲率の法則が既知であるならば、すなわち、この曲率
の表面が球面であるかまたは放物面であるかなどが既知
であるならば、表面の曲率を正確に知ることができる。
もし曲率の法則が未知であるならば、その場合には、表
面10または表面14の曲率を計算するために、多数個
の測定を行うことになるであろう。曲率の計算を自動的
にかつ容易に実行するために、線路13の信号がアナロ
グ・ディジタル変換器19に送られる。アナログ・ディ
ジタル変換器19はディジタル信号を発生し、そしてこ
のディジタル信号を記憶装置20に送る。したがって、
光ビーム5が光軸18に一致する時、および、光ビーム
11および光ビーム16が検出器12の上の点y1およ
び点y2に対応する角度で投射される時、プラットホー
ム2の位置に対応するディジタル信号が記憶される。
【0025】曲率半径を測定するこの方法は、検査され
るレンズ3の子午面内で光ビームが走査されることを仮
定していることが分かる。したがって、レンズの頂点を
見出すために、すなわち、レンズの子午面を見出すため
に、プラットホーム2をx方向に移動することが必要で
ある。
【0026】この記憶されたディジタル情報から、レン
ズ3の表面10または表面14の曲率に対応するデータ
を、キーボード22の制御の下で動作する処理装置21
により、計算することは比較的簡単なことである。この
計算されたデータを、表示装置23に表示することがで
きる。
【0027】図1の装置は、光源4と検出器12との相
対的位置を単に転換することにより変更され、それによ
り、全く等価でまた別の構成の装置を得ることができ
る。
【0028】図2は、図1に示された装置と同様な構成
の装置であるが、図1ではビームスプリッタ6が検出器
12と変換レンズ7との間に配置されているのに対し、
図2のビームスプリッタ24は、レンズ3と変換レンズ
7との間に配置されている。図2において、図1と対応
する部品には同じ番号が付されている。図2に示された
装置の場合、同様な結果がまた得られる。けれども、変
換レンズは、光源4から放射された光をレンズ3の表面
に集光する役割を果たさないことが分かるであろう。し
たがって、光源4から放射された光は、光源の内部に取
り付けられた光学装置により、独立に、集光されるまた
は平行光線にされる。
【0029】図1および図2で説明された装置は1個の
光源4が用いられているが、図3に示されたまた別の装
置では、2個の光源25および26が使用される。光源
25がビームスプリッタ27および光検出器28と一緒
に用いられ、これらの部品により、光軸18が定められ
る。光源26は変換レンズ29および光検出器30と一
緒に用いられ、レンズ3の表面10から反射される光ビ
ーム31の角度を決定する。光検出器30は、検出器1
0と同様の機能を果たす。光軸18に対するプラットホ
ーム2の位置が、また記録される。これらの位置に対応
するアナログ信号が、それぞれ、線路32および線路3
3を通して、アナログ・ディジタル変換器19に送られ
る。その後、図1で説明されたのと同様な処理工程が実
行され、それにより、レンズの曲率に対応するデータが
得られる。そして、これらのデータが表示装置23に表
示される。
【0030】図1、図2および図3で説明された装置に
おいて、プラットホーム2が滑動可能である光学ベンチ
が用いられ、それにより、レンズの曲率に依存するディ
ジタル信号が得られ、そして、曲率が測定される。けれ
ども、図4に示されているように、2個の光源34およ
び35を有する携帯形装置を作成することができる。光
源34がビームスプリッタ36および光検出器37と一
緒に用いられて、検査されるレンズ3の光軸18の位置
を定める。光源35は変換レンズ38、ビームスプリッ
タ39および光検出器40と一緒に用いられ、検出器4
0の上の点44に対応する線路41にアナログ信号を生
ずる。点44には、光源35から放射されそして点43
で反射された光ビーム42が入射する。この点44は、
光ビーム42が光軸18に対し角度φをなす点である。
【0031】図4に示された装置を用いて、レンズ3の
表面が携帯形装置により走査され、そして線路45に適
切な信号が指示されて光軸18が検出される時、線路4
1の対応する信号が、アナログ・ディジタル変換器19
の中で対応するディジタル信号に自動的に変換され、そ
して記憶装置20の中に記憶される。その後の信号の処
理は、図1で説明したのと同じ様に実行される。もちろ
ん、手動走査の期間中に光軸18を検出する効率的な方
法が考案され、光軸が検出された時刻に、線路41の信
号に対応するディジタル信号を記憶しなければならない
ことが分かるであろう。手動走査の期間中に光軸を検出
する前記図面で用いられた方法とは異なった、また別の
方法を図6を参照して説明しよう。
【0032】けれども、先ず図5において、携帯形装置
に応用される本発明のまた別の実施例では、1個の光源
46が図5に示されたようにして用いられる。図5で
は、図4と対応する部品には同じ参照番号が付されてい
る。図5において、光源46がビームスプリッタ47お
よび検出器37と一緒に用いられて、光軸18の位置に
対応する信号を線路45に生ずることが分かる。光源か
ら放射された光を用いて、図5に示されているように、
光ビーム42がまた発生される。このことは、ビームス
プリッタ39の位置を、図4に示された位置から図5に
示された新しい位置へ、変更することにより達成され
る。このことにより、光源46から放射された光はレン
ズ3の表面10の上の点43に入射し、そこで反射され
て、光ビーム42が発生する。
【0033】または、図5bに示されているように、2
個の光ビームを1個の光源から発生することができる。
この装置では、プリズム61で定められる付加的素子が
用いられる。プリズム61は、入射光ビームに対して4
5°の角度をなす表面の上に、半透明半反射被覆体を有
する。プリズム61は1つの全反射表面をまた有する。
入射光ビームは、半透明半反射被覆体で部分的に反射さ
れた後、この全反射表面に入射する。この全反射表面で
反射されした光ビームは、この光ビームに垂直な表面を
通って、プリズムの外に出る。点線61aにより示され
ているように、後方に反射された光ビームは、プリズム
への入射ビーム上の点から放射されて現れる。もしこの
点が、プリズムを移動することにより、レンズ38の焦
点にあるように配置されるならば、このレンズを通った
2つの光ビームは相互に平行になるであろう。このこと
は、装置の正確な動作のために要求されることである。
すべての測定は、図4および図5のところでの前記説明
に従って実行される。
【0034】前記で説明したように、そしてすぐに分か
るように、図4および図5で説明した携帯形装置でもっ
て、手動走査の期間中、光軸18の位置を正確に決定す
ることが必要である。このことはまた、図6に示された
装置により実行することができる。図6に示された装置
は光源48を有し、そしてこの光源48はビームスプリ
ッタ49および光検出器50と一緒に動作する。光源4
8から放射された光ビームはビームスプリッタ49で反
射され、そして検査されるレンズの表面51に向かって
進む。検出器50は4個の素子50a、50b、50c
および50dを有する。光ビームは、整合用十字線53
を通って、検出器素子50a、50b、50cおよび5
0dに向かって進む。従って、図6aに示されているよ
うに、反射されそして入射する光ビームが光軸54に整
合している時、十字線の影が検出器素子50a、50
b、50cおよび50dに対して対称的に配置され、そ
れにより、検出可能である特性出力信号が生ずるであろ
う。この対称的配置における信号の検出は、装置が光軸
54と整合した要求された配置にあることを示す。
【0035】本発明は主として曲率の測定に関連してい
るけれども、さらに詳細にいえば、レンズの曲率の測定
に関連しているけれども、図7に示されているように、
この装置はまた、表面の品質の測定に対しても応用する
ことができる。
【0036】図7において、光源55は、ビームスプリ
ッタ56、光検出器アレイ57、および変換レンズ58
と一緒に用いられ、そして光ビーム59が検査されるレ
ンズ3の表面60の上を横断して走査する。図7におい
て、図1と対応する部品には同じ参照番号が付されてい
る。この走査は、プラットホーム2を光学ベンチ1に対
して移動することにより、実行される。前記において説
明してきた装置では変換レンズ58は固定焦点であった
が、この装置では、表面の上を横断して走査を行ってい
る間、変換レンズは表面の上に自動的に焦点を結ぶよう
に構成される。したがって、表面から反射されて戻って
くる光ビームは検出器の上に像を結び、そして期待され
た位置からの偏差が検出される。この偏差は、表面の品
質の欠陥、例えば、表面の粗さ、により生ずるであろ
う。この偏差が記憶され、そして後で解析される。そし
て、表面の品質を表す量として出力される。
【0037】処理装置21および表示装置23は種々の
形式であることができるけれども、処理装置21からの
出力信号の表示装置23による1つの表示が、図8に示
されている。この表示は、測定された表面の等高線の形
式で表されている。測定された表面の周縁は円62で示
される。この図により、表面の形状についての評価を、
容易にかつ正確に、行うことができる。等高線は、測定
された表面が有する要請された形状からの高さの偏差を
示す。他の形式の出力としては、干渉光強度の偏差の記
録図、例えば、単色光で照明された時の干渉縞図、また
は横断面の記録図、例えば、要請された半径に対する測
定された半径の偏差の分布図、または3次元表面分布
図、であることができる。
【0038】本発明の範囲内において、種々の変更を行
うことができる。例えば、可視スペクトル領域または非
可視スペクトル領域の中の任意の周波数の光を用いるこ
とができること、および、応用の種類によっては、また
別の電磁放射源を用いることができることは、すぐにに
分かるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図1】レンズの曲率を測定するための本発明の1つの
実施例に従う装置の概要ブロック線図。
【図2】レンズの曲率を測定するための本発明のまた別
の実施例に従う装置の概要ブロック線図。
【図3】レンズの曲率を測定するための本発明のさらに
別の実施例に従う装置の概要ブロック線図。
【図4】レンズの曲率を測定するための携帯形装置の概
要ブロック線図。
【図5】レンズの曲率を測定するためのまた別の携帯形
装置の概要ブロック線図であって、aは1つの光源から
1つの光ビームが発生される装置の概要ブロック線図、
bは1つの光源から2つの光ビームが発生される装置の
概要ブロック線図。
【図6】光軸の位置を自動的に決定するための装置の概
要ブロック線図であって、aは光源と、ビームスプリッ
タと、検査されるレンズと、検出器との配置を示した
図、bは検出器の上の十字線の画像と検出器アレイとを
示した図。
【図7】レンズの表面の品質およびその曲率を測定する
ための装置の概要ブロック線図。
【図8】例えば、図1で説明された装置により提供され
る1つの形式の表示を示す図。
【符号の説明】
4、25、26、34、35、46、48、55 光源 12、28、30、37、40、50、57 検出
器装置 7、29、38、58 レン
ズ装置 6、27、36、39、49、56 ビー
ムスプリッタ

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも1個の電磁放射光源と、電磁
    放射光線の検出器装置と、表面で反射された電磁放射光
    線を前記検出器装置に焦点を結ぶように配置されかつ構
    成されたレンズ装置とを有し、かつ、前記電磁放射光線
    が入射した点の出力信号特性を得るように前記検出器装
    置が構成されることと、前記出力信号に応答する信号処
    理装置が前記表面の曲率に関する指標を供給することと
    を特徴とする表面の曲率の測定装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の装置において、前記電磁
    放射光源が光放射器を有する前記装置。
  3. 【請求項3】 請求項2記載の装置において、前記光放
    射器がレーザである前記装置。
  4. 【請求項4】 請求項1〜請求項3のいずれかに記載さ
    れた装置において、前記光源から放射された光ビームが
    それを通って前記表面に向かって進むビームスプリッタ
    を有し、かつ、前記ビームスプリッタが前記検出器装置
    と前記表面との間に配置される前記装置。
  5. 【請求項5】 請求項4記載の装置において、前記ビー
    ムスプリッタが前記レンズ装置と前記表面との間に配置
    される前記装置。
  6. 【請求項6】 請求項4記載の装置において、前記ビー
    ムスプリッタが前記検出器装置と前記レンズ装置との間
    に配置される前記装置。
  7. 【請求項7】 請求項1〜請求項6のいずれかに記載さ
    れた装置において、前記装置が光学ベンチに取り付けら
    れ、それにより、前記装置が前記レンズ装置の光軸に事
    実上垂直に移動することができる前記装置。
  8. 【請求項8】 請求項1〜請求項6のいずれかに記載さ
    れた装置において、前記装置が携帯形に構成され、か
    つ、信号処理装置に信号を送るように配置された付加的
    光検出器を有する前記装置。
  9. 【請求項9】 請求項8記載の装置において、前記付加
    的光検出器が前記光源から放射されかつ別のビームスプ
    リッタを通って前記表面に向かって進む光ビームに応答
    し、かつ、別の前記ビームスプリッタを通って前記表面
    で反射された光が前記付加的光検出器に到達するように
    配置される前記装置。
  10. 【請求項10】 請求項9記載の装置において、前記付
    加的光検出器が前記表面で反射されかつ別の光源から放
    射された光ビームに応答するように配置され、かつ、別
    の前記光源から放射された光ビームが別のビームスプリ
    ッタを通って前記表面に向かって進みかつ前記表面で反
    射される前記装置。
  11. 【請求項11】 請求項1〜請求項10のいずれかに記
    載された装置において、前記光源から放射された光ビー
    ムを前記表面の上に結像するための自動結像装置を有
    し、それにより、前記表面で反射されて戻ってくる光ビ
    ームが前記検出器の上に結像し、かつ、期待された位置
    からの偏差がデータに変換され、かつ、前記データが記
    憶される前記装置。
  12. 【請求項12】 請求項11記載の装置において、前記
    自動結像装置が前記レンズ装置の一部分を構成する前記
    装置。
  13. 【請求項13】 請求項12記載の装置において、前記
    付加的検出器が「光軸上の」検出器を有し、それによ
    り、別の前記検出器に入射する光ビームが前記光軸に垂
    直であるように前記表面から反射される時の指示が得ら
    れる前記装置。
  14. 【請求項14】 請求項1〜請求項13のいずれかに記
    載された装置において、前記検出器装置が感光素子のア
    レイを有し、かつ、前記感光素子のアレイからの信号に
    より光ビームが入射する位置の指示が得られる前記装
    置。
  15. 【請求項15】 請求項1〜請求項13のいずれかに記
    載された装置において、前記検出器装置が光ポテンシオ
    メータに等価な光検出器構成体を有する前記装置。
  16. 【請求項16】 請求項1〜請求項6のいずれかに記載
    された装置において、前記装置が固定されて配置され、
    かつ、前記表面が前記レンズ装置の前記光軸に事実上垂
    直な平面の中で移動するように配置された前記装置。
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